GPS定位技術在工程測量中的應用

張宏宇

摘要：GPS技術在測繪行業深入最早，也是精度最高的應用領域。發展至今，定位技術從載波相位相對測量定位技術到差分定位技術、再到廣域差分定位技術，其定位精度已達厘米級甚至毫米級，作業方式也從原來的靜態測量到目前的實時動態測量技術，從而大大提高了作業效率。本文論述了GPS定位技術在工程測量中應用的基本原理、優缺點及相關處理。

關鍵詞：GPS;工程測量;優缺點;應用

1 引言

GPS英文全名是“ Global Position System”，意為“全球定位系統”。該系統是以衛星為基礎的無線電導航定位系統。GPS空間部分使用了二十四顆衛星組成的星座，衛星高度約20200公里，分布在六條升交點互隔60度的軌道面上，每條軌道上均勻分布四顆衛星，相鄰兩軌道上的衛星相隔40度，使得地球任何地方至少同時可看到四顆衛星。

目前，在工程測量中，為了保證控制測量和施工放樣的精度，滿足工程質量要求，GPS定位技術被廣泛應用于工程施工測量中。GPS測量通過接收衛星發射的信號并進行數據處理，從而求定測量點的空間位置，它具有全球性、全天侯、連績性、實時性導航定位和定時功能，能提供精密的三維坐標、速度和時間，而且具有良好的抗干擾性和保密性。現已成功應用于工程測量、大地測量、物探測量、航空攝影測量及各種類型的變形監測等諸多領域。本文主要對GPS定位技術在工程施工測量中的應用做簡要論述。

2 工程測量中應用GPS定位技術的基本原理及特點

2.1 GPS定位技術的基本原理

GPS定位的基本原理是根據幾何與物理的一些基本原理，利用空間分布的衛星及其與地面點間距離來交會出地面點位置，從測量的角度來說，它與測距后方交會法相似。

2.2 GPS系統的主要特點

2.2.1 定位精度高。事實證明，用載波相位觀測量進行靜態相對定位在小于50km的基線上可達1ppm;300～1500m工程精密定位中，平面位置誤差小于1mm（1h以上觀測）;實時動態定位（RTK）可達厘米級的精度。

2.2.2 觀測時間短。目前，20km以內靜態相對定位的時間僅需15～20min快速靜態定位只需2min左右，實時動態定位每站觀測1～25s就可完成。

2.2.3 測站間無需通視。這是GPS技術區別于常規測量的最大優點，尤其是布設長大隧道施工控制網時，可省去大量的傳算點、過渡點的測量，大大減少測量作業時間和費用，同時也使選點布網變得非常靈活。

2.2.4 操作簡便。GPS接收機自動化程度非常高，外業觀測時，測量人員的任務只是安置儀器、連接線纜（一體化機則不需要）、量取天線高、開關機及監視儀器工作狀態，野外測量工作輕松愉快。

2.2.5 全球全天候測量。目前衛星數已達30顆，正常情祝下隨時都可以進行測量定位。除雷電、臺風天氣不宜觀測外，其它如陰天黑夜、起舞下雨均不影響，這一點也是常規測量所無法比擬的。

3 工程測量中應用GPS定位技術的優缺點及相關處理措施

3.1 GPS定位技術應用于工程測量中的優點

相對于常規的測量方法來講，GPS定位技術應用于工程測量有以下優點：

3.1.1 觀測不需要通視，測量時選點靈活。不需要建立瞻標，這樣可以大大減少測量觀測時間和經費。GPS技術設方格網，比常規方法適應性更強，并且作業不受環境和距離限制，非常適合于地形條件困難地區、局部重點工程地區等。

3.1.2 定位精度高，誤差分布均勻。GPS測量中，在精確測定觀測站平面位置的同時，可以精確測定觀測站的大地高程。一般雙頻接收機基線解精度為5mm+1ppm，紅外儀標稱精度為5mm+5ppm實踐證明，在小于50km的基線上，其相對定位精度可達12x，而在100～500km的基線上可達～，不僅能夠滿足規范要求，而且具有較大的精度儲備。

3.1.3 觀測時間短。GPS方法布設大地控制網，因其圖開強度系數高，能夠有效地提高點位趨近速度。采用布設控制網時每個測站上的觀測時間一般在1～2h左右，其觀測時間只需1～2min。

3.1.4 抗干擾能力強，保密性好，可以實現全天候連續測量定位。GPS定位技術性能穩定，可在任何地點進行全天候工作，一般不受天氣狀祝的影響，大大方便了測量作業

3.1.5 自動化程度高，操作簡便。定位系統可具有自動記錄數據、自動平差計算、跟蹤觀測等功能，操作簡單，提高了工作效率。

3.1.6 采用GPS-RTK測量法與常規測量法相比，效率可提高一倍以上，并能大幅度降低作業人員的勞動強度。

3.2 GPS定位技術應用于工程測量中的缺點及相關處理措施

GPS定位技術應用于工程測量也存在不足之處，主要缺點和注意事項如下：

3.2.1 GPS測量系統中信號傳播，受環境的影響，計算時引入一定的誤差。因此，選待測點時一定要保證點位上空視角范圍內應盡量避免有障礙物，向上角度≥15°;遠離大功率無線電發射源和遠離高壓輸電線路;避開大面積的水域。

3.2.2 在市政工程測量中，GPS測量常出現接收不到信號，或者一直處于浮動狀態，出現假固定或者不能固定。因此，GPS在市政工程測量時，為保證工程測量控制點精度滿足要求，應進一步使用常規儀器進行水準聯測。

3.2.3 不同型號GPS工程測量成果之間存在差異。因此，GPS網在進行平差計算時應注意：歸算至大地水準面上、歸算到高斯投影面上。

3.2.4 GPS定位技術尚沒有統一規范。因此相關部門應進一步完善規范標準，統一的地理信息標準。

4 結語

通過以上結論我們可以看到，GPS定位技術在工程施工測量中有其獨特的優越性和適應性，為工程測量質量提供了有利的保障，具有明顯的經濟和社會效益。隨著相關技術軟件的不斷發展改進，GPS定位系統在工程測量中有著更加廣闊的應用前景。

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